操作系统之虚拟机

本文主要是介绍操作系统之虚拟机，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

虚拟机（Virtual Machine, VM）是一种通过虚拟化技术将一台物理计算机虚拟化为多个独立的虚拟计算机的技术。每个虚拟机都可以运行自己的操作系统，仿佛它们是独立的物理计算机。虚拟机的引入大大提高了计算资源的利用率，并提供了更大的灵活性。

虚拟机的定义

虚拟机是通过虚拟化技术在一台物理计算机上创建的多个虚拟计算环境。每个虚拟环境（虚拟机）都可以运行一个独立的操作系统和应用程序，仿佛它们是完全独立的物理计算机。虚拟机使得在同一台物理服务器上可以同时运行多个操作系统，提高了硬件资源的利用率。

同义术语：

• 虚拟机管理程序（Hypervisor）：负责创建和管理虚拟机的程序。
• 虚拟机监控程序（Virtual Machine Monitor, VMM）：与虚拟机管理程序同义。
• Virtual Machine Monitor：即虚拟机监控程序的英文全称。
• Hypervisor：英文术语，通常指虚拟机管理程序。

虚拟机的分类

虚拟机可以根据其运行环境分为两类：

1. 第一类虚拟机管理程序（Type 1 Hypervisor）：

   • 定义：第一类虚拟机管理程序直接运行在物理硬件上，不依赖于宿主操作系统。
   • 特点：由于直接运行在硬件上，这种虚拟机管理程序通常具有较高的性能和更好的资源管理能力。
   • 示例：VMware ESXi、Microsoft Hyper-V、Xen。

2. 第二类虚拟机管理程序（Type 2 Hypervisor）：

   • 定义：第二类虚拟机管理程序运行在宿主操作系统上，也就是说，它依赖于宿主操作系统来管理硬件资源。
   • 特点：这种虚拟机管理程序相对容易安装和管理，但性能可能不如第一类虚拟机管理程序，因为它必须通过宿主操作系统来访问硬件资源。
   • 示例：VMware Workstation、Oracle VirtualBox、Parallels Desktop。

区别：

特性	第一类虚拟机管理程序（Type 1 Hypervisor）	第二类虚拟机管理程序（Type 2 Hypervisor）
运行环境	直接运行在物理硬件上，无需宿主操作系统	运行在宿主操作系统上，需要依赖宿主操作系统
性能	通常性能更高，直接控制硬件资源，无额外开销	性能略逊色，因为需要通过宿主操作系统访问硬件
资源管理	能更有效地分配硬件资源，优化虚拟机间的资源使用	资源管理受限于宿主操作系统的资源分配和管理能力
安全性	较高的安全性和稳定性，减少了攻击面	可能存在宿主操作系统带来的额外安全风险
安装与配置	安装和配置较为复杂，需要对硬件进行设置和配置	安装和配置简单，用户可以在已有操作系统上快速部署
适用场景	企业数据中心、大规模虚拟化部署、生产环境、云计算	桌面虚拟化、开发和测试环境、个人用户
示例	VMware ESXi、Microsoft Hyper-V、Xen	VMware Workstation、Oracle VirtualBox、Parallels Desktop
灵活性	较低，因为需要专门的硬件支持和配置	较高，适合在多种操作系统环境中灵活使用
管理工具	通常提供企业级的管理工具和接口，适合大规模管理	提供个人用户友好的界面，适合个人和小型环境

虚拟机与传统计算机的区别

1. 运行操作系统的能力：

   • 传统计算机：一台物理计算机通常只能运行一个操作系统，即在启动时只能加载一个操作系统。
   • 虚拟机：通过虚拟化技术，一台物理计算机可以运行多个虚拟机，每个虚拟机可以独立运行自己的操作系统和应用程序。

2. 虚拟化支持的CPU指令等级：

   • 传统计算机：通常使用传统的CPU指令集，指令权限分为特权指令（Ring0）和非特权指令（Ring3）。操作系统的内核代码运行在特权级别（Ring0），而用户应用程序则运行在非特权级别（Ring3）。
   • 虚拟机：支持虚拟化的CPU通常会扩展指令集，提供更多的虚拟化指令等级。例如，Intel的VT-x和AMD的AMD-V技术可以提供额外的虚拟化支持指令，以帮助虚拟机管理程序更高效地管理虚拟机。虚拟机监控程序可以在更低级别管理虚拟机的资源和权限，从而提高虚拟化性能。

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